Terapia egzoszkieletowa

Wewnątrz egzoszkieletu zaawansowane technologie robotyki pomagają pacjentom korzystającym z fizjoterapii odzyskać władzę w ramionach. Są to zaawansowane aplikacje do sterowania ruchem.

Egzoszkielet arobotyczny pomaga poruszać się osobom z paraliżem rąk, pomagając w fizjoterapii. Posiada 23 stopnie swobody (degrees of freedom ? DoF) ? dzięki wbudowanym ponad 50 czujnikom, siłownikom wykrywającym, wielu procesorom i szybkiej komunikacji sieciowej. 

Projekt , zakres i cele egzoszkieletu wykorzystującego technologie robotyczne

 Firma Harmonic Bionics z Austin w stanie Teksas opracowała egzoszkielet o nazwie Harmonia (Harmony) do kończyn górnych, aby pomóc osobom po udarze lub uszkodzeniu nerwowo-mięśniowym przywrócić funkcjonalność kończyn i powrócić do zdrowia. Fizjoterapeuci wykorzystują egzoszkielet do wspomagania pacjentów w ich rehabilitacji. Celem było zmaksymalizowanie zakresu ruchu ludzkiego barku i obręczy barkowej na ramieniu z niedowładem połowicznym (ramię dotknięte udarem). Egzoszkielet musiał pasować do osób o wszystkich kształtach i rozmiarach (można go tak wyregulować, aby pasował do ponad 95% populacji). Urządzenie dysponuje zaawansowaną technologią siłownika i sterownika, która umożliwia Harmony dostosowywanie kompensacji grawitacji, wspomagania i oporu ruchu według potrzeb każdego pacjenta. 

Harmony to egzoszkielet przeznaczony do wspomagania pacjentów w rehabilitacji po udarze, skupiający się na ramionach. | Źródło: Harmonic Robotics

Zastosowane technologie robotyczne i sterowania

 Urządzenie to robotyczny egzoszkielet o 23 stopniach swobody, z 14-stopniowymi siłownikami automatycznymi wykrywającymi moment obrotowy oraz możliwością sterowania oporami ruchu. Pozostałe 9 siłowników wykorzystuje sprzężenie zwrotne położenia do aktywnej regulacji rozmiarów pacjenta. System sterowania robota został zaprojektowany od podstaw przez firmę Harmonic Bionics przy użyciu protokołu EtherCAT, aby umożliwić czasy cykli w rozproszonych procesorach. Oprzyrządowanie urządzenia ma ponad 50 czujników. Każdy staw (przegub) ma dwa enkodery, aktywne wykrywanie obciążenia i automatyczne sterowanie silnikiem, a także inne wymagane oprzyrządowanie. Zespół projektowy zbudował całą elektronikę sterującą silnikiem oraz komunikacją we własnym zakresie. Uzyskano czas cyklu w pętli zamkniętej ponad 2000 Hz w procesorach rozproszonych. Moduł siłownika został zaprojektowany niestandardowo, aby umożliwić sprzężenie zwrotne momentu obrotowego w pętli zamkniętej w celu uzyskania dokładnego i niezawodnego sterowania momentem obrotowym i oporami ruchu. Umożliwiło to osiągnięcie wymaganego przez terapeutów poziomu wydajności egzoszkieletu.

Pozytywne dane z pilotażowego wykorzystania egzoszkieletu do rehabilitacji

Wyniki pilotażowego badania przeprowadzonego na osobach zdrowych i po udarze, które okazały się pozytywne, zostały niedawno opublikowane na Międzynarodowej Konferencji Udarowej. W środowisku medycznym rośnie zainteresowanie potrzebą jak najszybszego wprowadzenia tej technologii robotycznej na rynek kliniczny. Jakie wnioski wyciągnięto? Egzoszkielet Harmony będzie potężnym narzędziem do wykorzystania jako środek wspomagający postęp pacjenta po udarze w kierunku normalizacji ruchów kończyn. Kliniki przyjmują ograniczoną liczbę pacjentów i czasami potrzeba lat terapii, aby zacząć funkcjonować. Jednak błędne jest przekonanie, że normalne funkcjonowanie i ruch kończyn zostaną w pełni przywrócone. Jednak istnieje nadzieja, że egzoszkielety będą uzupełnieniem istniejących metod leczenia ludzi po udarze w klinikach i w domu. Harmony ułatwia pracę terapeuty w radzeniu sobie z paraliżem kończyny górnej pacjenta i daje natychmiastową informację zwrotną. 


Rohit John Varghese jest szefem rozwoju produktów w firmie Harmonic Bionics Inc.